不锈钢地铁车辆设计及整车碰撞研究

针对地铁车特点进行不锈钢地铁车被动安全设计时难点之一是其端部吸能结构的耐撞性设计。本文依据地铁车体耐撞性设计理念,在车体端部结构中设计整体承载式专用吸能结构。建立头车及中间车车体有限元模型,进行编组列车的碰撞数值仿真。研究结果表明：整体承载式专用吸能结构在撞击过程中发生稳定有序的塑性变形,冲击能量的47％转化为专用吸能结构的塑性变形,表明该车的耐撞性符合设计理念。     

轨道卧铺客车碰撞吸能特性研究

根据耐碰撞车体结构原理设计出具有吸能效果的耐碰撞性车体,进行了车体结构一、二位车端撞击刚性墙仿真研究,结果表明,该车体中车端结构产生塑性大变形,客室结构无塑性变形,车体耐碰撞性明显得到改善,车体纵向刚度分布合理。建立了单节客车碰撞动力学模型,仿真研究车钩缓冲特性,结果表明,带有车钩及防爬吸能装置的车体结构具有较好的吸能特性,在防爬吸能元件压溃行程全部压缩后,车体端部产生塑性变形吸能碰撞能量,客室未发生塑性变形。     

非对称变形模式下薄壁组合结构耐撞性研究

基于单一薄壁金属结构具有稳定的、可控的塑性变形吸能优点及存在碰撞界面力过载缺点的现状,本文提出承载能力更高、界面力更加稳定的组合结构的设计理念,并对单层薄壁结构及双层薄壁组合结构进行有限元建模,利用非线性显示动态有限元软件LS-DYNA对其耐撞性进行分析。研究表明：在非对称变形模式下,薄壁组合结构耐撞性特性优于单层结构;对组合结构加工V型诱导槽后,其缓冲特性有较大提高,能进一步有效地控制吸能过程中的过载情况。     

非对称变形模式下薄壁组合结构耐撞性研究

基于单一薄壁金属结构具有稳定的、可控的塑性变形吸能优点及存在碰撞界面力过载缺点的现状,本文提出承载能力更高、界面力更加稳定的组合结构的设计理念,并对单层薄壁结构及双层薄壁组合结构进行有限元建模,利用非线性显示动态有限元软件LS-DYNA对其耐撞性进行分析。研究表明:在非对称变形模式下,薄壁组合结构耐撞性特性优于单层结构;对组合结构加工V型诱导槽后,其缓冲特性有较大提高,能进一步有效地控制吸能过程中的过载情况。     

桥墩复合材料防车撞结构碰撞性能试验研究

针对桥墩车辆碰撞的问题,设计了钢夹层和蜂窝复合材料相结合的桥梁防车撞吸能结构.为研究耐撞性能进行了材料性能试验和全尺寸防撞结构的碰撞试验,试验得到最大碰撞力为547.6 kN.通过对比试验获得碰撞响应与规范设计值,得出试验结果满足碰撞条件容差要求,可用于后期的数值模型验证,为类似吸能结构的设计提供参考.钢夹层-复合材料桥梁防车撞吸能结构可以减小桥墩的局部损伤和整体破坏,从而达到保护桥墩的目的.     

八边形逐级吸能梁的设计与优化

研究了一种八边形截面逐级吸能梁结构的设计与优化方法.建立了八边形逐级吸能梁的有限元模型,通过台车试验验证了模型的有效性.采用均匀试验设计方法制订并进行了一系列不同壁厚的八边形逐级吸能梁碰撞仿真,利用仿真结果建立八边形逐级吸能梁的耐撞性回归方程,并进行了回归分析.利用遗传算法,以八边形逐级吸能梁壁厚为变量,对该吸能梁耐撞性进行多目标优化设计,获得一组耐撞性较好的八边形逐级吸能梁设计方案,并将优化方案用于车架耐撞性改进.仿真及试验结果表明,该八边形逐级吸能结构变形吸能均匀,能够更好地达到碰撞安全性要求.     

桥梁复合材料防车撞吸能结构碰撞性能分析

针对在桥墩周围安装吸能结构可以降低车辆撞击对桥梁的情况,基于全尺寸复合材料吸能结构的台车撞击试验,通过对比试验和数值模拟结果验证有限元模型的有效性.在此基础上,考虑实际中更高撞击能量的情况,采用有限元方法分析不同撞击速度的吸能结构响应,并研究不同结构材料的耐撞性能.钢夹层结构能够吸收大部分动能并有效减小局部损伤,而复合材料蜂窝结构可以起到很好的支撑作用,同时把撞击力比较均匀地分散到整体结构,使更多结构参与吸能.计算结果表明钢夹层-蜂窝复合材料防车撞吸能结构具有良好的耐撞性能.     

地铁列车碰撞姿态辅助保护装置的设计与优化

为提高地铁列车耐撞性,降低碰撞姿态造成的二次损伤,提出一种控制列车碰撞姿态的辅助保护装置(抱轨装置)。首先,设计抱轨装置的几何结构并定义抱轨装置的力学特性,采用动力学方法建立8编组地铁列车的碰撞模型;其次,结合实验验证仿真模型的准确性,研究抱轨装置对列车碰撞姿态的影响;再次,提出3种不同的抱轨装置安装方案,对比分析得到经济且有效的方案;最后,基于EN15227:2008标准对方案进行耐撞性评估,基于多目标遗传算法对抱轨装置的设计参数进行优化。研究结果表明：当钩状抱轨装置安装在车体质心正下方时,在满足控制列车碰撞姿态的要求的前提下,可以不占用车体太大的空间,满足EN15227:2008中耐撞性考核指标,是经济且有效的方案;当距离车体质心的纵向相对位移d_install=10 000 mm,抱轨装置静止阶段距离x₁=9.47 mm,抱轨装置线性阶段刚度k₁=5 000 N/mm时,列车的车体和轮对的最大垂向抬升量最小,取到最优值,最大轮对位移抬升量d_max=13.87 mm,列车车体最大俯仰角θ=3.12...     

复合材料仿竹薄壁管耐撞性和可靠性研究

为提高薄壁吸能管的耐撞性,该文设计了一种复合材料仿竹薄壁管。将钢材、铝材及复合材料运用于仿竹薄壁管,利用有限元法模拟薄壁管的轴向碰撞,对比分析了三类材料薄壁管的耐撞吸能效果,得出玻璃纤维/环氧树脂基复合材料仿竹薄壁管耐撞吸能效果最佳。为进一步提高薄壁管的耐撞性和可靠性,将试验设计、响应面模型、可靠性理论和优化算法相结合,求出仿竹薄壁管的最优结构。研究表明,仿生设计、复合材料运用、可靠性理论及优化算法相结合的研究方法可提高薄壁管的耐撞性能。     

端部圆锥形薄壁构件的抗撞性设计优化

基于显式有限元技术,采用响应面法,以结构的比吸能为优化函数,研究了圆形截面金属薄壁构件的端部锥形尺寸对抗撞性的影响;经过数值分析,得出了端部为锥形的圆形截面薄壁构件的比吸能关于锥形长度和锥边直径的变化规律,这些规律可以用于实际吸能原件的设计,并为进一步研究奠定了基础.     

轴向冲击载荷作用下泡沫金属填充薄壁金属圆管吸能特性研究

对不同几何尺寸的泡沫铝填充薄壁金属圆管结构进行了轴向压缩数值模拟,研究其吸能性能,对比了各种几何参数对结构耐撞性能的不同影响,发现填充结构的尺寸对结构的耐撞性影响显著。研究结果显示,泡沫铝密度和薄壁圆管长度对填充结构吸能性有较大影响,而外筒尺寸对填充结构吸能性影响不大。     

考虑离散型变量的拼焊板结构耐撞性优化设计

为了进一步了解拼焊板结构的耐撞性以提高其设计水平,将其设计变量(例如材料等级和厚度属性等)在离散空间内给定并进行耐撞性优化设计.分析了焊缝位置和焊点间距对耐撞性能的影响,通过对比可知前者对加速度影响更大.结合非支配序列遗传算法对拼焊板结构进行了多目标优化设计,优化后结构的峰值力降低31.09%,比吸能增加6.84%.优化结果表明:该优化策略能为车身拼焊板结构的轻量化和耐撞性设计提供指导,具有一定的工程意义.     

基于TRB结构的整车耐撞性可靠性优化

为提高汽车的结构耐撞性和轻量化水平,文章将连续变截面板(tailor rolled blank, TRB)应用于某轿车的前端关键吸能件,并对其进行可靠性优化设计(reliability optimization design, ROD)。基于试验验证的整车碰撞有限元分析模型建立关键吸能结构的TRB有限元模型;结合试验设计、克里格(Kriging, KRG)代理模型和多目标粒子群(multi-objective particle swarm optimization, MPSO)算法,以减轻结构质量和增大吸能为优化目标,对TRB的结构参数进行确定性优化和可靠性优化。结果表明:优化后的TRB前端结构与原设计相比,整车耐撞性及轻量化程度得到显著提升,同时也保障了设计的可靠性。     

吸能盒在低速撞击情况下的仿真与分析

以吸能盒的低速正面碰撞试验为例,利用Hypermesh软件建立了由壳单元组成的吸能盒有限元模型,应用LS-DYNA软件进行了正面碰撞的模拟,结果与试验以及理论数据对比,验证了仿真模型的可靠性.根据试验和仿真结果,确定了吸能盒结构耐撞性方面的影响因素,以此改进吸能盒耐撞性的方法.     

泡沫填充类蜂窝夹层结构的耐撞性

本文创新构型一种聚氨酯泡沫填充类蜂窝夹芯结构,取类蜂窝胞元壁厚分别为0.3、0.5、1.0 mm,运用数值模拟方法对该填充结构在不同冲击速度作用下的耐撞性进行了系统研究,并分析了类蜂窝胞元壁厚对结构耐撞性及变形机制的影响。结果表明,在7、14、33 m/s冲击载荷作用下,类蜂窝胞元壁厚为0.3 mm填充结构的比吸能、载荷稳定性及吸能效率要高于其他两种壁厚结构的相应值,此条件下填充结构的耐撞性最优,胞元壁厚为0.5 mm结构的耐撞性次之。对于该泡沫填充类蜂窝结构而言,减小类蜂窝胞元壁厚能显著提升结构的载荷稳定性,在相同胞元壁厚条件下,填充结构在低速载荷冲击作用下表现出了比中、高速冲击作用下更优的载荷稳定性和吸能效率。     

纯电动汽车正面抗撞结构耐撞性拓扑优化方法

为了解决纯电动汽车正面碰撞安全性差的问题,文章提出了一种综合考虑5种典型碰撞工况下整车优化区域以及动力电池布置分析的多目标耐撞性拓扑优化方法。基于混合元胞自动机(hybrid cellular automata,HCA)算法,耐撞性拓扑优化以单元相对密度为设计变量、结构内能密度分布统一为目标,运用固体各向同性微结构材料惩罚模型(solid isotropic material with penalization model,SIMP)下的变密度法进行材料分布;迭代收敛后,最终得到了传力路径优越、构型明朗清晰的耐撞性车身结构,同时得到符合整车性能要求的吸能纵梁形状。对优化后的整车模型进行的耐撞性验证表明,该优化结构让碰撞加速度与结构变形量同步最优化,大大增加了纯电动汽车正面碰撞的安全性,优化出的抗撞结构为纯电动汽车正面耐撞性设计提供了一定的参考。     

新颖波纹截面薄壁圆管的耐撞性

提出一种新颖的波纹薄壁圆形结构,采用数值对比分析方法,分析不同波纹截面形状对薄壁结构耐撞性的影响.结果表明:对于同一外截面形状的波纹,波纹内截面形状的变化使吸能相差10%;外截面是矩形的不同内截面波纹结构的吸能性要高于外截面是圆形的不同内截面波纹结构,其中,外截面为矩形,而内截面为圆形的波纹结构具有最优的吸能性,比外截面为圆形,内截面为矩形的波纹结构的吸能性提高34.5%;波长对薄壁结构的耐撞性也具有较大的影响,波长为7.8 mm的波纹管具有较好的耐撞性;与无波纹结构的圆管相比,外截面为矩形,内截面为圆形的波纹薄壁管在不影响吸能的情况下,可以使峰值力降低50.8%.     

汽车正撞的数值模拟及实验验证

为了在汽车的设计阶段使被设计车辆更好地满足耐撞性的要求,以某汽车为研究对象,采用动态大变形非线性有限元模拟技术,模拟了该车正面撞击刚体墙的过程。与已完成的该车实车正面碰撞结果进行了对比分析,验证了所建立的有限元模型的正确性。在此基础上,进一步建立了该车转向系、简化的车体和混三型假人的多刚体系统,通过应用多刚体动力学技术模拟了发生碰撞时假人的动态响应并得到了其损伤指标。最后根据模拟计算得到的结果对该车前部结构的耐撞性进行了评价,并提出了结构的改进方案     

列车耐碰撞系统有限元和多体动力学联合仿真

研究基于有限元和多体动力学技术进行列车耐碰撞系统设计的联合仿真策略.通过非线性有限元分析获得车辆吸能部件在碰撞时的力—位移关系曲线,以该曲线模拟车辆连挂之间的非线性弹簧特性,运用多体动力学技术进行了两列车的碰撞动力学仿真.通过仿真分析碰撞中列车各车辆间的作用力、变形、速度、加速度以及各个吸能部件的能量吸收等数值,实现了对新设计列车碰撞被动安全系统总体性能的评估.与高速碰撞相比,在中低速碰撞工况下,头车与第2节车体端部连接处吸收的动能占总动能的比例更高.联合仿真能较真实地模拟列车碰撞的全过程,验证了联合仿真策略的可行性.     

Y型浮式生产储油轮船侧结构耐撞性

利用先进的非线性数值仿真技术,对一种浮式生产储油轮(FPSO)的Y型船侧结构的耐撞性进行了研究．计算出5万t穿梭油船以6m／s航速正撞30万tFPSO Y型船侧结构的场景下,FPSO船侧的结构损伤、最大碰撞力-撞深和船侧构件吸能-撞深等曲线及数据,并与传统型FPSO船侧结构在同样碰撞场景下的相应数据进行比较,以评价Y型船侧结构在耐撞性方面的优势．